KR20230047672A - 선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 VDR(Voyage Data Recoder)을 포함하는 정보수집장치에 의해 취득되는 선박 운항정보 및 선박의 운항경로에 따른 해상 환경정보를 로우 데이터로서 수집하는 데이터 수집부; 데이터 수집부에 의해 수집된 로우 데이터를 특정 기준으로 필터링하여 유효 데이터를 선별하는 데이터 필터부; 및 데이터 필터부에서 필터링된 유효 데이터를 기반으로 선박의 속도 성능을 평가하는 데이터 분석부를 포함하는 선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템 및 이를 이용하여 수행되는 선박의 스마트 속도 성능 평가 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 해상에서 실운항 중인 선박의 속도 성능을 객관적이고 정확하게 평가하는 것이 가능하고, 합리적인 의사결정을 보조함으로써 선박을 효율적으로 운용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 해상에서 실운항 중인 선박의 속도 성능을 객관적이고 정확하게 평가하는 것이 가능하고, 합리적인 의사결정을 보조함으로써 선박을 효율적으로 운용할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 해상에서 실운항 중인 선박의 속도 성능을 객관적이고 정확하게 평가하는 것이 가능하게 함으로써, 선박의 리도킹 시기 및 유지보수 시기에 대한 합리적인 의사결정에 도움을 주고 선박을 효율적으로 운용할 수 있는, 선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템 및 방법에 관한 것이다.
건조 후 인도되어 운용 중인 선박은 시간이 지남에 따라 장비의 노후화 및 파울링(fouling) 효과에 의해 속도 성능(speed performance)이 감소된다. 선박의 효율적인 운용을 위해서는 주기적으로 속도 성능을 평가하고 이를 저해하는 요인들에 대한 유지보수를 실시하여 성능을 유지/개선시킬 것이 요구되며, 국제표준화기구(International Organization for Standardization, ISO)에서도 선박의 속도 성능을 평가하도록 규정하고 있다.
그런데 일반적으로 선박에 대한 속도 성능 평가는 주로 선박 인도 전 해상에서의 시운전(sea trial)을 통해 이루어지고 있으며, 선박 인도(delivery) 후 정기검사를 위한 드라이 도킹(dry docking) 이후 및 현재 항해 중인 선박의 속도 성능을 제대로 평가할 수 있는 방법은 미비한 실정이다.
또한, 기존의 방식은 선박의 항해 중에 속도 성능이 제대로 평가될 수 없으므로, 선박의 적절한 리도킹(re-docking) 시기를 판단하기가 어렵고, 선속에 영향을 주는 장치의 수리나 교체 등의 유지보수가 이루어진 이후에는 선박의 속도 성능에 대한 정량적인 척도를 가늠하기가 쉽지 않다.
즉, 현재는 해상에서 선박의 속도 성능을 평가할 수 있는 객관적인 판단 기준이 미흡하다. 따라서 해상에서의 선박의 속도 성능 평가는 선원의 주관적인 판단에 의해 이루어지는 경우가 많은데, 선원들마다 평가 차이가 심하고 잘못된 데이터 필터링(data filtering)으로 인한 오판단을 하기가 쉬우므로, 선박의 실제 속도 성능을 정확하게 파악하지 못하는 문제점이 있었다.
상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 해상에서 실운항 중인 선박의 속도 성능을 객관적이고 정확하게 평가할 수 있는 선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템 및 방법을 제공함으로써, 운용 중인 선박의 리도킹 시기 및 유지보수 시기에 대한 절적한 판단이 가능하게 하고 선박의 효율적인 운용이 가능하게 하는데 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, VDR(Voyage Data Recoder)을 포함하는 정보수집장치에 의해 취득되는 선박 운항정보 및 상기 선박의 운항경로에 따른 해상 환경정보를 로우 데이터로서 수집하는 데이터 수집부; 상기 데이터 수집부에 의해 수집된 상기 로우 데이터를 특정 기준으로 필터링하여 유효 데이터를 선별하는 데이터 필터부; 및 상기 데이터 필터부에서 필터링된 유효 데이터를 기반으로 상기 선박의 속도 성능을 평가하는 데이터 분석부를 포함하는, 선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템이 제공될 수 있다.
상기 선박 운항정보는 상기 선박의 속도, 상기 선박의 선수각, 상기 선박의 흘수, 상기 선박에 구비되는 러더의 타각, 상기 선박에 구비되는 추진엔진의 출력 및 RPM에 관한 정보를 포함하고, 상기 해상 환경정보는 상기 선박의 운항경로 상의 풍속 및 풍향, 수심, 파고에 관한 정보를 포함할 수 있다.
상기 선박의 속도는 GPS(Global Positioning System) 및 상기 선박에 구비되는 스피드 로그에 의해 측정되는 것의 평균값을 사용할 수 있다.
상기 선박 운항정보 중에서 상기 선박의 흘수에 관한 정보는 상기 선박에 구비되는 IAS(Intergrated Automation System), AMS(Alarm and Monitoring System) 또는 CMS(Cargo Monitoring System)으로부터 취득하고, 상기 추진엔진의 출력 및 RPM에 관한 정보는 상기 선박에 구비되는 BMS(Bridge Maneuvering System) 또는 SPM(Ship Performance System)으로부터 취득하며, 나머지 정보는 상기 VDR로부터 취득할 수 있다.
상기 해상 환경정보 중에서 풍속 및 풍향, 수심에 관한 정보는 상기 VDR로부터 취득하고, 파고에 관한 정보는 보퍼트 풍력계급표를 이용하여 상기 풍속으로부터 추정하거나 또는 별도의 파고계를 이용하여 직접 측정함으로써 취득할 수 있다.
상기 데이터 필터부는 상기 로우 데이터 중에서 1) 상기 선박의 흘수로부터 계산되는 상기 선박의 트림이 모형시험과 대비하여 0.5% 이하이고, 상기 선박의 흘수로부터 계산되는 상기 선박의 배수량이 모형시험 정보와 대비하여 5% 이내인 것; 2) 상기 러더의 타각이 5 dgree 이하인 것; 3) 동일 heading 기준으로 상기 추진엔진의 출력 및 RPM steady가 10분 이상인 것; 4) 보퍼트 풍력계급표에 따른 상기 풍속의 풍력계급이 4 이하인 것; 및 5) 상기 수심이 국제표준화기구에서 규정한 ISO 15016에 따른 Deep Water Depth 기준을 만족하는 것만을 유효 데이터로서 선별할 수 있다.
상기 데이터 분석부는 일정 구간에 대하여 상기 유효 데이터들을 상기 모형시험 기준으로 선속 보정하고, 선속 보정된 데이터들로부터 상기 선박의 속도 성능 평가 결과를 도출할 수 있다.
상기 선속 보정으로는 상기 ISO 15016 또는 ITTC(International Towing Tank Conference)에 규정된 선속해석법의 외력 보정 방식이 적용될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템은, 상기 데이터 분석부에 의해 평가된 상기 선박의 속도 성능 지표를 그래프로 도식화하여 디스플레이 상에 표시하여 사용자에게 제공하는 정보제공장치를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, VDR(Voyage Data Recoder)을 포함하는 정보수집장치에 의해 취득되는 선박 운항정보 및 상기 선박의 운항경로에 따른 해상 환경정보를 로우 데이터로서 수집하는 데이터 수집 단계; 상기 데이터 수집 단계에서 수집된 상기 로우 데이터를 특정 기준으로 필터링하여 유효 데이터를 선별하는 데이터 필터링 단계; 및 상기 데이터 필터링 단계에서 필터링된 유효 데이터를 기반으로 상기 선박의 속도 성능을 평가하는 데이터 분석 단계를 포함하는, 선박의 스마트 속도 성능 평가 방법이 제공될 수 있다.
상기 선박 운항정보는 상기 선박의 속도, 상기 선박의 선수각, 상기 선박의 흘수, 상기 선박에 구비되는 러더의 타각, 상기 선박에 구비되는 추진엔진의 출력 및 RPM에 관한 정보를 포함하고, 상기 해상 환경정보는 상기 선박의 운항경로 상의 풍속 및 풍향, 수심, 파고에 관한 정보를 포함할 수 있다.
상기 선박의 속도는 GPS(Global Positioning System) 및 상기 선박에 구비되는 스피드 로그에 의해 측정되는 것의 평균값을 사용할 수 있다.
상기 데이터 필터링 단계에서는 상기 로우 데이터 중에서 1) 상기 선박의 흘수로부터 계산되는 상기 선박의 트림이 모형시험과 대비하여 0.5% 이하이고, 상기 선박의 흘수로부터 계산되는 상기 선박의 배수량이 모형시험 정보와 대비하여 5% 이내인 것; 2) 상기 러더의 타각이 5 dgree 이하인 것; 3) 동일 heading 기준으로 상기 추진엔진의 출력 및 RPM steady가 10분 이상인 것; 4) 보퍼트 풍력계급표에 따른 상기 풍속의 풍력계급이 4 이하인 것; 및 5) 상기 수심이 국제표준화기구에서 규정한 ISO 15016에 따른 Deep Water Depth 기준을 만족하는 것만을 유효 데이터로서 선별할 수 있다.
상기 데이터 분석단계에서는 일정 구간에 대하여 상기 유효 데이터들을 상기 모형시험 기준으로 선속 보정하고, 선속 보정된 데이터들로부터 상기 선박의 속도 성능 평가 결과를 도출할 수 있다.
상기 선속 보정으로는 상기 ISO 15016 또는 ITTC(International Towing Tank Conference)에 규정된 선속해석법의 외력 보정 방식이 적용될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 선박의 스마트 속도 성능 평가 방법은, 상기 데이터 분석 단계에서 평가된 상기 선박의 속도 성능 평가 지표를 그래프로 도식화하여 디스플레이 장치 상에 표시하여 사용자에게 정보를 제공하는 정보제공 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 선박의 스마트 속도 성능 평가 방법은, 상기 데이터 분석 단계에서 평가된 선박의 속도 성능 지표에 기반하여 경제성 평가를 수행하는 경제성 평가 단계; 및 상기 경제성 평가 결과에 따라 선박의 리도킹 시기 또는 유지보수 시기를 결정하는 의사결정 단계를 더 포함할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 해상에서 실운항 중인 선박의 속도 성능을 객관적이고 정확하게 평가하는 것이 가능해지고, 선속에 영향을 주는 장치의 수리나 교체 등의 유지보수가 이루어진 이후에도 선박의 속도 성능을 직관적으로 파악할 수 있는 효과가 있다.
또한, 선주는 건조 후 인도된 선박의 속도 성능 평가 데이터를 이용하여 합리적으로 리도킹 시기 및 유지보수 시기를 결정할 수 있게 되어, 선박의 효율적인 운용이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 선박의 스마트 속도 성능 평가 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 선박의 스마트 속도 성능 평가 과정을 나타낸 도면으로서, (a)는 필터링된 유효 데이터와 모형시험 정보를 나타낸 것, (b)는 선속 보정된 데이터와 모형시험 정보를 나타낸 것, (c)는 최종적으로 평가된 실선 성능을 오형시험 정보와 비교한 것, 그리고 (d)는 시간의 흐름에 따른 실선 성능의 변화를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 선박의 스마트 속도 성능 평가 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 선박의 스마트 속도 성능 평가 과정을 나타낸 도면으로서, (a)는 필터링된 유효 데이터와 모형시험 정보를 나타낸 것, (b)는 선속 보정된 데이터와 모형시험 정보를 나타낸 것, (c)는 최종적으로 평가된 실선 성능을 오형시험 정보와 비교한 것, 그리고 (d)는 시간의 흐름에 따른 실선 성능의 변화를 나타낸 것이다.
본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 및 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 예컨대, 본 명세서에서 어떤 구성요소를 '포함'한다고 하는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로서, 이에 의하여 본 발명이 한정되는 것으로 해석되어서는 안되며, 본 발명의 실시예들은 이 분야의 통상의 기술자에게 다양한 응용을 가질 수 있음은 당연하다.
도 1은 본 발명에 따른 선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템은, 선박 운항정보와 선박의 운항경로에 따른 해상 환경정보를 로우 데이터(raw data)로서 수집하는 데이터 수집부(10); 데이터 수집부(10)에 의해 수집된 로우 데이터를 특정 기준으로 필터링하는 데이터 필터부(20); 및 데이터 필터부(20)에서 필터링된 데이터를 기반으로 선박의 속도 성능을 평가하는 데이터 분석부(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
데이터 수집부(10)는 선박의 속도 성능을 평가하기 위한 로우 데이터로서 선박 운항정보와 선박의 운항경로에 따른 해상 환경정보를 수집한다.
선박 운항정보에는 선박의 속도(ship's speed), 선박의 선수각(ship's heading), 선박의 흘수(ship's draft), 러더의 타각(rudder angle), 추진엔진의 출력 및 RPM 등의 정보가 포함될 수 있고, 해상 환경정보에는 선박의 운항경로 상의 풍속 및 풍향(wind speed & direction), 수심(water depth), 파고(wave height) 등의 정보가 포함될 수 있다.
이러한 선박 운항정보 및 해상 환경정보를 포함하는 로우 데이터는 항해기록장치(Voyage Data Recoder, 이하 'VDR')와 선박에 구비되는 다른 시스템으로부터 또는 기타 정보수집장치를 이용하여 취득될 수 있다. VDR은 일종의 블랙박스와 같은 개념으로 선박의 위치, 시간, 속력, 침로 등 항해 상태 및 기관의 작동 상태 등 선박의 항해 중 발생할 수 있는 각종 데이터를 실시간으로 기록 및 저장하여 관리하는 장치이다.
보다 구체적으로, 선박의 항해 중에는 GPS(Global Positioning System)에 의해 측정되는 선박의 속도, 스피드 로그(speed log)에 의해 측정되는 선박의 속도, 방위 측정장치인 자이로(gyro)에 의해 측정되는 선박의 선수각, 자동 조종 장치인 오토 파일럿(auto pilot)에 의해 측정되는 러더의 타각, 풍속계(anemometer)에 의해 측정되는 풍속 및 풍향, 음파 측심기(echo sounder)에 의해 측정되는 수심(water depth)에 관한 정보가 VDR에 기록될 수 있으며, VDR에 기록되는 정보들이 로우 데이터로서 데이터 수집부(10)에 수집될 수 있다.
이를 위해, 본 시스템이 적용되는 선박에는 GPS 수신기, 스피드 로그, 자이로, 오토 파일럿, 풍속계, 음파 측심기 등이 구비될 수 있다.
또한, 선박의 흘수는 선박에 구비되는 흘수 센서(draft seonsor)에 의해 측정될 수 있다. 흘수 센서에 의해 실시간 계측되는 선박의 흘수 정보는 선박에 구비되는 IAS(Intergrated Automation System), AMS(Alarm and Monitoring System) 또는 CMS(Cargo Monitoring System) 등의 시스템 상으로 전송되어 디스플레이될 수 있으며, 데이터 수집부(10)는 IAS/AMS/CMS로부터 선박의 흘수에 관한 정보를 수집할 수 있다.
또한, 선박에는 'KYMA'나 'GME'와 같은 프로그램이 구비된 선박 추진제어시스템(BMS: Bridge Maneuvering System)이 구비되는데, 데이터 수집부(10)는 이러한 BMS로부터 추진엔진의 출력 및 RPM에 관한 정보를 로우 데이터로서 수집할 수 있다. 또는, 데이터 수집부(10)가 선박성능시스템(SPM: Ship Performance System)으로부터 추진엔진의 출력 및 RPM에 관한 정보를 전달받도록 시스템을 구성할 수도 있다.
해상 환경정보 중 파고에 관한 정보는 보퍼트 풍력계급표(beaufort wind force scale)를 참조하여 현재 풍속(풍속계에 의해 측정됨)으로부터 추정될 수 있다. 이때 풍속계에 의해 계측된 풍속 뿐만 아니라 선박의 속도, 선수각, 풍향을 벡터(vector)로 하여 계산된 True Wind Speed를 기준으로 B.F.를 판단할 수 있다.
추정되는 파고에 관한 정보는 선원이 직접 수동으로 입력(key-in)하거나 또는 보퍼트 풍력계급표에 매칭된 대응관계에 기반하여 자동으로 불러오는 방식으로 데이터 수집부(10)에 수집될 수 있다.
다만, 본 시스템에서 선박 운항정보 및 해상 환경정보들을 수집하는 장치들이 상기에서 예시한 바에 한정되는 것은 아니며, 해당 정보를 용이하게 취득할 수 있는 장치라면 다른 것으로 구비되어도 무방하다. 예를 들어, 파고에 관한 정보는 보퍼트 풍력계급표를 활용하여 추정하는 방식 대신 별도의 센서(파고계)를 이용하여 직접 측정되도록 시스템을 구성하는 것도 가능하다.
즉, 데이터 수집부(10)에 의해 수집되는 로우 데이터는, 기본적으로 VDR에 기록되는 정보와 선박의 다른 시스템이나 기타 정보수집장치를 이용하여 취득되는 정보는 물론이고, 기록/취득된 정보로부터 추정되는 정보까지 포함할 수 있다.
데이터 수집부(10)는 VDR 및 필요에 따라 선박의 다른 시스템 및 기타 정보수집장치들과 무선 통신을 통해 데이터를 송수신할 수 있다.
한편, 상기에서 선박의 속도에 관한 정보는 위성을 이용한 GPS를 이용하여 측정된 것과 선박에 자체적으로 탑재된 스피드 로그 장치에 의해 측정된 것의 두 가지를 모두 이용하는 것을 알 수 있으며, 궁극적으로는 두 계측값의 평균이 속도 성능 평가를 위한 인자로서 사용되게 된다. 이는 궁극적으로 선박의 속도 성능을 평가함에 있어서 보다 신뢰성 높은 결과를 제공하기 위함이다.
통상적으로 건조된 선박의 모형시험 이후에 수행되는 선속 시운전에서는 특정 엔진 로드(load)에 대하여 더블 런(double run)을 수행하고 있는데, 이때 더블 런을 수행하는 이유는 Current의 상쇄 목적을 위함이다. 그러나 선박의 운항 중에 속도 성능 평가를 수행하고자 하는 본 발명에서는 시운전 때처럼 더블 런을 수행할 수 없으므로, Current Effect의 상쇄 목적으로 선박의 속도에 관한 정보로서 GPS를 이용하여 측정된 값과 스피드 로그를 이용하여 측정된 값의 평균값을 사용하는 것이다.
데이터 필터부(20)는 데이터 수집부(10)에 의해 수집된 로우 데이터를 특정 기준으로 필터링하여 유효 데이터(effective data) 만을 선별하는 기능을 수행한다.
데이터 수집부(10)에 의해 실시간으로 수집되는 로우 데이터는 양이 상당히 방대하고, 비정상적인 환경(선박의 비정상적인 운동 상태 혹은 과도한 해상 환경)에서 수집된 로우 데이터들은 선속 보정의 정확성을 떨어뜨리고 정확한 속도 성능 평가를 수행하는데 방해가 되는 요인으로 작용할 수 있다. 여기서 '비정상'이라는 의미는 선박의 정확한 속도 성능을 평가할 수 없는 상태라는 의미로 이해되어야 한다.
즉, 데이터 수집부(10)에 의해 수집되는 수많은 로우 데이터들 중에는 선박의 속도 성능을 평가하는 데 있어서 불필요한 정보들이 포함되어 있을 수 있으며, 정확한 속도 성능 평가를 위해서는 이러한 불필요한 정보들을 걸러내는 필터링 작업이 필수적으로 요구된다.
본 시스템은 데이터 수집부(10)에 의해 수집된 로우 데이터들이 선박의 속도 성능 평가 인자로서 활용되기 이전에 데이터 필터부(20)에 의해 필터링되는 과정을 거치도록 하고, 선별된 유효 데이터들만으로 분석을 실시함으로써 신뢰도 높은 선박의 속도 성능 평가 결과를 제공하고자 한다.
또한, 필터링 작업을 어떠한 기준을 적용하여 어떻게 수행하는지가 선박의 속도 성능 평가의 신뢰성을 좌우하는 관건이 되는데, 본 시스템은 데이터 수집부(10)에 의해 수집된 로우 데이터를 필터링하기 위한 특정 기준을 아래와 같이 구체적으로 제시한다.
1) 첫째로, 선박의 트림(trim)이 모형시험(model test) 정보와 대비하여 0.5% 이하, 선박의 배수량(displacement)이 모형시험 정보와 대비하여 5% 이내인 데이터만 유효 데이터로 취한다.
여기서 선박의 트림은 선수와 선미의 흘수차를 의미하는 것으로서 흘수 센서에 의해 계측되는 값을 통해 계산될 수 있다. 선박의 배수량은 배가 밀어낸 물의 중량을 의미하는 것으로서 선박의 흘수를 알면 계산해낼 수 있으며, 예컨대 유정압 테이블(hydrostatic table)을 이용하여 계산이 가능하다.
또한, 상기에서 모형시험 정보는 속도 성능 평가의 대상이 되는 선박의 시운전 이전에 특정 사이즈의 모형선 및 추진기를 예인수조에서 예인전차 등을 이용하여 시험을 수행하고, 그 결과를 실선으로 추정한 결과를 의미한다. 통상적으로는 세가지 조건(Ballast Condition, Design Condition, Scantling Condition) 혹은 그 이하의 조건에서 시험을 수행하며, 모형시험에서 수행 된 결과를 토대로 선속 시운전을 수행하고 선속 해석을 수행하게 된다.
본 발명에서 선속 해석 및 선박의 속도 성능의 판단은 모형시험을 기준으로 수행되어야 하므로, 본 시스템에는 모형시험에 대한 정보가 포함되어 있을 수 있다.
2) 둘째로, 러더의 타각이 5 dgree 이하인 데이터만 유효 데이터로 취한다.
러더의 사용은 동일 RPM에서의 출력을 증가시키는 영향을 끼친다. 많은 러더 사용이 있을수록 엔진의 출력 증가를 야기시키며, 또한 타각의 각도가 클수록 선박의 선수각이 변경되면서 추가로 저항이 증가되므로 선속 해석 및 평가에 악영향을 끼치게 된다. 따라서 본 발명은 러더의 타각이 과도하게 큰 경우(5 degree를 초과하는 경우)를 필터링의 대상으로 설정한 것이며, 러더의 타각이 5 degree 이내인 경우는 선속 보정에 큰 영향이 없는 것으로 판단하고 선박의 속도 성능 평가를 위한 유효 데이터로서 사용한다.
3) 셋째로, 동일 Heading 기준으로 추진엔진의 출력 및 RPM steady가 10분 이상인 데이터만 유효 데이터로 취한다.
선박의 운항 중에 방향이 큰 각도로 틀어지면 이는 엔진의 출력 증가와 함께 선속에도 영향을 주게 된다. 따라서 선박이 동일 Heading 기준으로 일정하게 운항할 때의 정보로 필터링할 필요가 있다.
한편, 상기에서 '동일 Heading' 이란 정확하게 동일한 방향만을 의미하는 것은 아니고, 기준 2)에서 설명한 바와 같이 러더의 타각이 5 dgree 이하로 형성되어 거의 직진 운항에 가까운 것으로 볼 수 있는 경우를 포함하는 의미일 수 있다.
즉, 본 기준은 기준 2)에서 필터링된 정보에 대하여 추진엔진의 출력 및 RPM steady가 10분 이상인 데이터만 유효한 것으로 필터링하는 것으로 이해될 수 있다.
참고로, 선속 시운전시에는 선속을 계측함에 있어서 엔진의 출력 및 RPM이 steady 상태로 돌입할 수 있도록 충분한 타력 구간을 가지는데, 선박의 운항 중에는 인위적인 타력 구간을 가질 수 없으므로, 본 발명에서는 추진엔진의 출력 및 RPM steady가 10분 이상인 데이터만 유효한 것으로 걸러냄으로써 마치 타력 구간을 가지는 것과 유사한 효과를 도모하는 것이다.
한편, 상기에서 'steady'는 추진엔진의 출력 및 RPM이 일정하게 유지되는 것을 의하는데, 여기서 일정하다는 것은 완전히 동일한 값을 의미하는 것이 아니라 유사 범위까지 포함할 수 있다.
4) 넷째로, 풍속의 정도가 보퍼트 풍력계급표에서 풍력계급 4 이하(B.F. 0 내지 4)에 속하는 데이터만 유효 데이터로 취한다.
5) 다섯째로, 수심이 ISO 15016에 규정된 Deep Water Depth 기준을 만족하는 데이터만 유효 데이터로 취한다.
수심이 너무 얕은 지역에서 선박이 운항되는 경우에는 선속이 수심의 영향을 받을 수 있으므로, 본 발명은 일정 깊이 이상의 수심에서의 계측된 정보만을 선박의 속도 성능 평가에 이용하고자 하는 것이며, 바람직하게는 음파 측심기에 의해 측정되는 수심이 Deep Water에 해당하는 경우만 유효한 것으로 필터링할 수 있다.
ISO 15016에서는 수심을 계산하는 계산식을 아래와 같이 제공하고 있으며, 통상 수심이 100m 이상일 때 Deep Water로 간주한다.
본 발명에 따른 선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템은 상기한 조건에 해당하지 않는 데이터들은 무효 데이터로서 버리고, 유효 데이터로서 선별된 데이터들만 데이터 분석부(30)로 보내어 선박의 속도 성능 평가를 실시한다.
데이터 분석부(30)는 데이터 필터부(20)에서 필터링(선별)된 유효 데이터들에 대한 분석을 수행함으로써 선박의 속도 성능 평가를 실시한다.
데이터 분석부(30)는 일정 구간에 대하여 필터된 데이터들을 모형시험 기준으로 선속 보정하여 선박의 속도 성능을 산출하고, 산출된 결과 데이터를 사용자가 지정한 기간(예컨대, 일별, 주별, 월별, 연도별로)으로 보유할 수 있다. 또는 필터링된 각 데이터들의 선속 보정된 포인트 별로 평가 데이터를 보유할 수도 있다.
여기서 선속 보정은 ISO 15016에 규정된 선속해석법의 외력 보정 방식 및 ITTC(International Towing Tank Conference)의 최신 개정 선속해석법의 보정 방식을 포함하여 다양한 선속해석법의 보정 방식 중 어느 하나를 선택적으로 채용하여 수행될 수 있다.
예컨대, 선박의 트림 및 배수량의 경우에는 Admiralty 방식으로 보정할 수 있다. 'Admiralty 보정'이란 아래와 같이 2/3승 Speed & Power 보정을 하는 것으로서 선박설계와 관련하여 주지된 보정 방식이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 본 시스템은 데이터 분석부(30)에 의해 산출된 결과 데이터를 저장하기 위한 데이터베이스(data base)를 더 포함할 수 있다. 전술한 모형시험에 관한 정보도 데이터베이스에 저장될 수 있다.
또한, 본 시스템은 데일리로 보유된 선박의 속도 성능 평가 결과에 관한 정보를 사용자에게 제공할 수 있도록 정보제공장치를 더 포함할 수 있다.
정보제공장치는 본 시스템에 의해 평가된 선박의 속도 성능 지표를 시간의 흐름에 따라 그래프로 도식화하여 표시하는 디스플레이 장치를 포함할 수 있고, 선주는 본 시스템에 의해 평가된 선박의 속도 성능 지표에 기반하여 경제성 평가를 수행하고, 평가 결과에 따라 선박의 리도킹 시기 또는 유지보수 시기를 앞당기거나 늦추는 등 합리적인 의사결정을 할 수 있다.
또한, 본 시스템은 데일리로 보유된 선박의 속도 성능 평가 데이터를 기준으로 선박의 리도킹 또는 유지보수가 필요한 지 여부를 판단하고, 필요한 경우 알람을 발생시키는 등의 방법으로 사용자에게 정보를 제공할 수도 있다.
도 2는 본 발명에 따른 선박의 스마트 속도 성능 평가 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이고, 도 3은 본 발명에 따른 선박의 스마트 속도 성능 평가 과정을 나타낸 도면이다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 선박의 스마트 속도 성능 평가 방법에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 선박의 스마트 속도 성능 평가 방법은 도 1을 참조하여 설명한 본 발명에 따른 선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템에 의해 수행되는 것으로서, 선박 운항정보 및 선박의 운항경로에 따른 해상 환경정보를 로우 데이터로서 수집하는 데이터 수집 단계(S10); 수집된 로우 데이터를 특정 기준에 따라 필터링하는 데이터 데이터 필터링 단계(S20); 필터링된 데이터를 기반으로 선박의 속도 성능 평가를 수행하는 데이터 분석 단계(S30)를 포함할 수 있다.
데이터 수집 단계(S10)는 선박의 속도 성능 평가를 위한 로우 데이터로서 선박 운항정보와 선박의 운항경로에 따른 해상 환경정보를 수집하는 단계로서, 전술한 데이터 수집부(10)에 의해 수행될 수 있다.
데이터 수집 단계(S10)에서 로우 데이터로서 수집되는 선박 운항정보 및 해상 환경정보는 전술한 바와 같이 VDR에 기록되는 정보, 기타 정보수집장치에 의해 취득되는 정보 및 기록/취득되는 정보로부터 추론되는 정보를 포함할 수 있다.
데이터 필터링 단계(S20)는 데이터 수집 단계(S10)에서 수집된 로우 데이터 중에서 불필요한 정보를 걸러내고 선박의 속도 성능을 정확하게 평가할 수 있는 유효 데이터들만 선별하는 단계로서, 전술한 데이터 필터부(20)에 의해 수행될 수 있다.
데이터 필터링 단계(S20)에서 로우 데이터를 필터링하는 특정 기준으로는 전술한 1) 내지 5)의 기준이 적용될 수 있다.
데이터 분석 단계(S30)는 데이터 필터링 단계(S20)에서 필터링된 유효 데이터들에 대한 분석을 수행함으로써 선박의 속도 성능 평가를 실시하는 단계로서, 전술한 데이터 분석부(30)에 의해 수행될 수 있다.
데이터 분석 단계(S30)에서는 일정 구간에 대하여 필터링된 데이터들을 모형시험 기준으로 선속 보정함으로써 선박의 속도 성능 평가 결과를 도출한다.
또한, 본 발명에 따른 선박의 스마트 속도 성능 평가 방법, 데이터 분석 단계(S30)에서 평가된 선박의 속도 성능 평가 지표를 그래프로 도식화하여 디스플레이 장치 상에 표시하여 사용자에게 정보를 제공하는 정보제공 단계(S40)와, 평가된 선박의 속도 성능 지표에 기반하여 경제성 평가를 수행하는 경제성 평가 단계(S50), 그리고 경제성 평가 결과에 따라 선박의 리도킹 시기 또는 유지보수 시기를 결정하는 의사결정 단계(S60)를 더 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 선박의 스마트 속도 성능 평가 방법이 수행되는 과정이 보다 잘 이해될 수 있을 것이다.
먼저 도 3의 (a)를 참조하면, 데이터 수집부(10)에 의해 수집되어 데이터 필터부(20)에 의해 필터링된 유효 데이터들(○)이 표시되어 있다.
예를 들어, 1번 유효 데이터는 2021년 9월 29일 07시 50분부터 08시 50분까지 계측된 선박의 속도 및 출력의 평균이고, 2번 유효 데이터는 2021년 9월 29일 11시부터 13시까지 계측된 선박의 속도 및 출력의 평균이고, 3번 유효 데이터는 2021년 9월 29일 16시 10분부터 16시 30분까지 계측된 선박의 속도 및 출력의 평균이며, 4번 유효 데이터는 2021년 9월 21시 05분부터 22시 45분까지 계측된 선박의 속도 및 출력의 평균일 수 있다. 여기서 선박의 속도는 GPS에 의해 측정된 것과 스피드 로그에 의해 측정된 것의 평균값을 이용하는 것임은 전술한 바 있다.
이때 도 3의 (a)에 도시된 유효 데이터들(○)은 전술한 바와 같은 특정 조건에 따라 필터링된 것만 표시된 것이며, 특정 조건에 부합하지 않는 무효 데이터들은 버려지는 것임에 유의해야 한다. 다만, 해당 유효 데이터들(○)은 필터링이 되었다 하더라도 외력의 영향을 받은 상태이므로 선속 보정이 필요하다.
도 3의 (b)을 참조하면, 데이터 분석부(30)에 의하여 유효 데이터들에 대한 외력(바람, 파도 등) 선속 보정을 실시하여 획득된 보정된 데이터들(△)이 표시되어 있다.
도 3의 (c)를 참조하면, 보정된 데이터들(△)로부터 Curve Fitting을 실시하여 최종적으로 실선 성능(선박의 속도 성능)이 도출될 수 있으며, 이를 모형시험 정보와 비교함으로써 현재 실선 성능이 모형시험 대비 얼마나 떨어졌는지를 직관적으로 파악할 수 있다. 예컨대, 도시된 바와 같이 도출된 실선 성능이 모형시험 결과 대비 d(%) 떨어진 것으로 현재 실선 성능을 추정할 수 있다.
도 3의 (a) 내지 (c)에서는 데일리(daily) 기준으로 실선 성능을 평가하는 것으로 설명하였으나 반드시 데일리 기준으로 실선 성능이 평가될 필요는 없으며, 사용자가 지정한 기간에 따라 실선 성능 평가를 수행하여도 된다.
또한, 도 3의 (d)를 참조하면, 도 3의 (a) 내지 (c)의 과정으로 수행되는 실선 성능 평가를 주기적으로 수행하고 이를 시간의 흐름에 따라 디스플레이 장치 상에 표시함으로써, 시간의 흐름에 따라 실선 성능이 어떻게 감소하고 있는지를 직관적으로 파악할 수 있다. 도면 상에는 점으로만 표시하였지만 실선 성능 평가가 지속적으로 수행됨에 따라 커브 그래프(curve graph)로 표현될 수도 있을 것이다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 해상에서 실운항 중인 선박의 속도 성능을 객관적이고 정확하게 평가하는 것이 가능해지고, 선속에 영향을 주는 장치의 수리나 교체 등의 유지보수가 이루어진 이후에도 선박의 속도 성능을 직관적으로 파악할 수 있는 효과가 있다.
또한, 선주는 건조 후 인도된 선박의 속도 성능 평가 데이터를 이용하여 합리적으로 리도킹 시기 및 유지보수 시기를 결정할 수 있게 되어, 선박의 효율적인 운용이 가능한 효과가 있다.
한편, 이상에서 설명된 본 발명에 따른 선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템은 프로그램으로 개발되어 선박의 제어 시스템 혹은 모니터링 시스템 등에 탑재될 수 있다. 또한, 전술한 데이터 수집부(10), 데이터 필터부(20), 데이터 분석부(30)는 프로그램의 실행을 위한 어셈블러, 컴파일러, 해석 프로그램 등 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수 있으며, 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 유선 또는 무선 네트워크를 통해 서로 통신이 가능하도록 시스템이 구성될 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10: 데이터 수집부
20: 데이터 필터부
30: 데이터 분석부
20: 데이터 필터부
30: 데이터 분석부
Claims (17)
- VDR(Voyage Data Recoder)을 포함하는 정보수집장치에 의해 취득되는 선박 운항정보 및 상기 선박의 운항경로에 따른 해상 환경정보를 로우 데이터로서 수집하는 데이터 수집부;
상기 데이터 수집부에 의해 수집된 상기 로우 데이터를 특정 기준으로 필터링하여 유효 데이터를 선별하는 데이터 필터부; 및
상기 데이터 필터부에서 필터링된 유효 데이터를 기반으로 상기 선박의 속도 성능을 평가하는 데이터 분석부를 포함하는,
선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 선박 운항정보는 상기 선박의 속도, 상기 선박의 선수각, 상기 선박의 흘수, 상기 선박에 구비되는 러더의 타각, 상기 선박에 구비되는 추진엔진의 출력 및 RPM에 관한 정보를 포함하고,
상기 해상 환경정보는 상기 선박의 운항경로 상의 풍속 및 풍향, 수심, 파고에 관한 정보를 포함하는,
선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템. - 청구항 2에 있어서,
상기 선박의 속도는 GPS(Global Positioning System) 및 상기 선박에 구비되는 스피드 로그에 의해 측정되는 것의 평균값을 사용하는 것을 특징으로 하는,
선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 선박 운항정보 중에서 상기 선박의 흘수에 관한 정보는 상기 선박에 구비되는 IAS(Intergrated Automation System), AMS(Alarm and Monitoring System) 또는 CMS(Cargo Monitoring System)으로부터 취득하고, 상기 추진엔진의 출력 및 RPM에 관한 정보는 상기 선박에 구비되는 BMS(Bridge Maneuvering System) 또는 SPM(Ship Performance System)으로부터 취득하며, 나머지 정보는 상기 VDR로부터 취득하는 것을 특징으로 하는,
선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템. - 청구항 4에 있어서,
상기 해상 환경정보 중에서 풍속 및 풍향, 수심에 관한 정보는 상기 VDR로부터 취득하고, 파고에 관한 정보는 보퍼트 풍력계급표를 이용하여 상기 풍속으로부터 추정하거나 또는 별도의 파고계를 이용하여 직접 측정함으로써 취득하는 것을 특징으로 하는,
선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 데이터 필터부는 상기 로우 데이터 중에서
1) 상기 선박의 흘수로부터 계산되는 상기 선박의 트림이 모형시험과 대비하여 0.5% 이하이고, 상기 선박의 흘수로부터 계산되는 상기 선박의 배수량이 모형시험 정보와 대비하여 5% 이내인 것;
2) 상기 러더의 타각이 5 dgree 이하인 것;
3) 동일 heading 기준으로 상기 추진엔진의 출력 및 RPM steady가 10분 이상인 것;
4) 보퍼트 풍력계급표에 따른 상기 풍속의 풍력계급이 4 이하인 것; 및
5) 상기 수심이 국제표준화기구에서 규정한 ISO 15016에 따른 Deep Water Depth 기준을 만족하는 것만을 유효 데이터로서 선별하는 것을 특징으로 하는,
선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템. - 청구항 6에 있어서,
상기 데이터 분석부는 일정 구간에 대하여 상기 유효 데이터들을 상기 모형시험 기준으로 선속 보정하고, 선속 보정된 데이터들로부터 상기 선박의 속도 성능 평가 결과를 도출하는 것을 특징으로 하는,
선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템. - 청구항 7에 있어서,
상기 선속 보정으로는 상기 ISO 15016 또는 ITTC(International Towing Tank Conference)에 규정된 선속해석법의 외력 보정 방식이 적용되는 것을 특징으로 하는,
선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템. - 청구항 7에 있어서,
상기 데이터 분석부에 의해 평가된 상기 선박의 속도 성능 지표를 그래프로 도식화하여 디스플레이 상에 표시하여 사용자에게 제공하는 정보제공장치를 더 포함하는,
선박의 스마트 속도 성능 평가 시스템. - VDR(Voyage Data Recoder)을 포함하는 정보수집장치에 의해 취득되는 선박 운항정보 및 상기 선박의 운항경로에 따른 해상 환경정보를 로우 데이터로서 수집하는 데이터 수집 단계;
상기 데이터 수집 단계에서 수집된 상기 로우 데이터를 특정 기준으로 필터링하여 유효 데이터를 선별하는 데이터 필터링 단계; 및
상기 데이터 필터링 단계에서 필터링된 유효 데이터를 기반으로 상기 선박의 속도 성능을 평가하는 데이터 분석 단계를 포함하는,
선박의 스마트 속도 성능 평가 방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 선박 운항정보는 상기 선박의 속도, 상기 선박의 선수각, 상기 선박의 흘수, 상기 선박에 구비되는 러더의 타각, 상기 선박에 구비되는 추진엔진의 출력 및 RPM에 관한 정보를 포함하고,
상기 해상 환경정보는 상기 선박의 운항경로 상의 풍속 및 풍향, 수심, 파고에 관한 정보를 포함하는,
선박의 스마트 속도 성능 평가 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 선박의 속도는 GPS(Global Positioning System) 및 상기 선박에 구비되는 스피드 로그에 의해 측정되는 것의 평균값을 사용하는 것을 특징으로 하는,
선박의 스마트 속도 성능 평가 방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 데이터 필터링 단계에서는 상기 로우 데이터 중에서
1) 상기 선박의 흘수로부터 계산되는 상기 선박의 트림이 모형시험과 대비하여 0.5% 이하이고, 상기 선박의 흘수로부터 계산되는 상기 선박의 배수량이 모형시험 정보와 대비하여 5% 이내인 것;
2) 상기 러더의 타각이 5 dgree 이하인 것;
3) 동일 heading 기준으로 상기 추진엔진의 출력 및 RPM steady가 10분 이상인 것;
4) 보퍼트 풍력계급표에 따른 상기 풍속의 풍력계급이 4 이하인 것; 및
5) 상기 수심이 국제표준화기구에서 규정한 ISO 15016에 따른 Deep Water Depth 기준을 만족하는 것만을 유효 데이터로서 선별하는 것을 특징으로 하는,
선박의 스마트 속도 성능 평가 방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 데이터 분석단계에서는 일정 구간에 대하여 상기 유효 데이터들을 상기 모형시험 기준으로 선속 보정하고, 선속 보정된 데이터들로부터 상기 선박의 속도 성능 평가 결과를 도출하는 것을 특징으로 하는,
선박의 스마트 속도 성능 평가 방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 선속 보정으로는 상기 ISO 15016 또는 ITTC(International Towing Tank Conference)에 규정된 선속해석법의 외력 보정 방식이 적용되는 것을 특징으로 하는,
선박의 스마트 속도 성능 평가 방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 데이터 분석 단계에서 평가된 상기 선박의 속도 성능 평가 지표를 그래프로 도식화하여 디스플레이 장치 상에 표시하여 사용자에게 정보를 제공하는 정보제공 단계를 더 포함하는,
선박의 스마트 속도 성능 평가 방법. - 청구항 16에 있어서,
상기 데이터 분석 단계에서 평가된 선박의 속도 성능 지표에 기반하여 경제성 평가를 수행하는 경제성 평가 단계; 및
상기 경제성 평가 결과에 따라 선박의 리도킹 시기 또는 유지보수 시기를 결정하는 의사결정 단계를 더 포함하는,
선박의 스마트 속도 성능 평가 방법.
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